直接序列超宽带系统中的窄带干扰抑制问题研究

论文摘要

超宽带技术由于具有简单的收发信机结构、低功耗和高传输速率等特点,近些年来得到了广泛研究,并成为无线个域网重要的物理层候选技术。由于超宽带系统占用的带宽极宽,所以它必须与现有的窄带系统共享频谱。为了尽量减少超宽带系统对现有系统的影响,超宽带设备的发射功率受到严格限制,然而,处于同一频段的已有窄带系统势必会对超宽带系统产生严重干扰,甚至会完全阻塞超宽带接收机。因此,如何消除窄带干扰的影响对超宽带接收机的设计尤为重要。超宽带系统中的窄带干扰消除方法主要包括窄带干扰躲避技术和窄带干扰抑制技术。窄带干扰躲避技术的基本思想是设计出某种特定的超宽带脉冲波形,使该波形的频谱与干扰的谱在频域中正交,从而使接收机容易从接收信号中把有用信号和干扰分离开来;窄带干扰抑制技术则是利用各种信号处理技术从接收信号中提取期望的信号。本文重点研究直接序列超宽带系统中的窄带干扰抑制技术。论文在讨论了超宽带信号、干扰信号和超宽带信道等模型的基础上,研究了高斯白噪声信道中的窄带干扰抑制问题。论文首先从误码率和信噪比两方面证明了直接序列扩频系统不能提供抑制高斯白噪声增益的结论。由于超宽带系统遭受的干扰信号功率远远高于超宽带信号的功率,与传统的直扩系统中的干扰抑制相比,超宽带系统中的窄带干扰抑制更具有挑战性。论文先将码辅助干扰抑制技术推广至直接序列超宽带系统中,然后基于尽可能最大化信干噪比的思路,提出了一种新的扩频序列。研究表明,在自回归干扰和带通干扰作用下,使用新扩频序列的码辅助技术的性能明显优于使用传统扩频序列时的性能,当干扰功率越强和扩频增益越大时,这种优势越明显。当给定了系统的符号速率和误码率时,使用新扩频序列可以明显降低码片速率和系统功耗。本文随后又提出了一种基于向量相似度理论的扩频序列选择方案,通过使用该方案,既能保证扩频序列具有好的自相关特性,又能确保码辅助技术获得次最优的性能。鉴于实际的超宽带系统工作在具有密集多径的信道环境中,使用RAKE接收机将有助于改善系统的性能。论文给出了一种基于码辅助技术的Selective-RAKE接收机,研究了当采用最大比合并和选择性分集时RAKE接收机的干扰抑制性能。研究表明,当残留干扰比较强时,不同支路的噪声项之间的相关性会导致采用最大比合并的RAKE接收机性能下降。为了改善这一状况,本文提出了一种基于最小均方误差准则的分集合并技术,在干扰功率很强的情况下,最小均方误差合并取得了明显优于最大比合并的性能。论文随后研究了使用扩频序列选择方案的RAKE接收机干扰抑制性能。论文的最后部分研究了在自回归干扰和带通干扰作用下线性预测滤波器、线性内插滤波器和码辅助技术等三种干扰抑制技术的性能。鉴于超宽带系统遭受的窄带干扰的功率远远高于超宽带信号的功率,论文比较了在强窄带干扰作用下线性内插滤波器和传统的码辅助技术的干扰抑制性能,深入分析了二者自适应实现的复杂度,并获得了“强窄带干扰作用下线性内插滤波器比传统的码辅助技术更适合于超宽带系统的干扰抑制”的结论,这与直扩系统中的结论不同。论文还研究了自回归干扰模型的极点位置和模型阶数、线性预测和线性内插滤波器的抽头数、带通干扰的带通中心频率及干扰源的数量等对干扰抑制性能的影响,并研究了线性预测和线性内插滤波器的频率响应特性,获得了一系列有意义的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 超宽带技术概述
• 1.2 课题研究背景与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 窄带干扰躲避技术
• 1.3.2 窄带干扰抑制技术
• 1.3.3 超宽带系统中的窄带干扰抑制
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 系统模型
• 2.1 超宽带信号模型
• 2.2 干扰信号模型
• 2.2.1 AR干扰模型
• 2.2.2 带通干扰模型
• 2.3 超宽带室内信道模型
• 2.4 超宽带信号的匹配滤波接收
• 2.5 假设和约定
• 2.6 本章小结
• 第三章 AWGN信道中的窄带干扰抑制
• 3.1 扩频系统的抗干扰能力
• 3.2 直扩系统无抑制AWGN增益的证明
• 3.2.1 DS-SS系统的基带模型
• 3.2.2 DS-SS系统在无干扰的AWGN信道中的误码率性能
• 3.2.3 DS-SS系统在无干扰的AWGN信道中的信噪比性能
• 3.3 一种增强的码辅助干扰抑制技术
• 3.3.1 基于EVS序列的码辅助干扰技术
• 3.3.2 EVS序列的计算复杂度分析
• 3.3.3 相关讨论
• 3.3.4 数值结果
• 3.4 一种用于提高码辅助技术性能的扩频序列选择方案
• 3.4.1 基于向量相似度理论的扩频序列选择方案
• 3.4.2 扩频序列选择方案的复杂度分析
• 3.4.3 数值结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 频率选择性信道中的窄带干扰抑制
• 4.1 用于提高干扰抑制性能的超宽带RAKE接收机
• 4.2 基于EVS序列的码辅助技术在多径信道中的性能
• 4.3 一种用于提高RAKE接收机干扰抑制性能的MMSE分集合并技术
• 4.4 扩频序列选择方案在多径信道中的性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 AR干扰作用下几种干扰抑制技术性能分析
• 5.1 基于线性预测滤波器和线性内插滤波器的干扰抑制技术
• 5.2 AR模型的极点位置对干扰抑制性能的影响
• 5.3 强AR干扰作用下线性内插滤波器和传统的码辅助技术性能比较
• 5.4 线性内插滤波器与码辅助技术自适应实现复杂度分析
• 5.4.1 基于LMS算法的自适应码辅助技术
• 5.4.2 基于LMS算法的自适应线性内插滤波器
• 5.4.3 基于RLS算法的自适应码辅助技术
• 5.4.4 基于快速RLS算法的自适应线性内插滤波器
• 5.5 AR干扰作用下滤波器的抽头数与干扰抑制性能的关系
• 5.6 多个AR干扰作用下的干扰抑制问题
• 5.7 本章小结
• 第六章 带通干扰作用下几种干扰抑制技术性能分析
• 6.1 强带通干扰作用下线性内插滤波器和传统的码辅助技术性能比较
• 6.2 带通干扰作用下线性预测和线性内插滤波器的频率响应特性
• 6.3 带通干扰作用下滤波器的抽头数与干扰抑制性能的关系
• 6.4 带通干扰带通中心频率的变化对干扰抑制性能的影响
• 6.5 多个带通干扰作用下的干扰抑制问题
• 6.6 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 主要贡献及结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 附录一 命题3-3 的证明
• 攻读博士学位期间已经发表或录用的论文
• 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 致谢